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あいねとこたに
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1 DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine DICOM 概論東芝メディカルシステムズ ( 株 ) 田中利夫 2006 年 1 月 28 日 IHE ワークショップ in 小倉 DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 1

3 DICOM [ ダイコム ] とは? Digital Imaging and Communications in Medicine の略 ACR( 米国放射線学会 ) と NEMA( 米国電気機器工業会 ) が合同で制定した医療情報交換のための標準規格医療分野における通信プロトコルのデファクトスタンダード ( のひとつ ) となっている情報交換の媒体としてネットワークまたはオフラインメディア (CD-R 等 ) を使用する医用画像のやり取りのみでなく画像検査全体に関わるワークフローの改善を目的として拡張が進められている DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 3

医用システムの構成例 ( 放射線部門 ) 病院情報病院情報システムシステム (HIS) (HIS) HIS 検査オーダ情報

検査実施情報 RIS 端末 HTML ワークステーション HTML 画像管理画像管理システムシステム (PACS)

DICOM 画像情報 DICOM レポートサーバ画像情報 DICOM モダリティ画像サーバ DICOM 概論

4 医用システムの構成例 ( 放射線部門 ) 病院情報病院情報システムシステム (HIS) (HIS) HIS 検査オーダ情報 PC 端末診療情報放射線部門放射線部門情報システム情報システム (RIS) (RIS) 患者情報検査オーダ情報 HL7 検査実施情報 RIS 端末 HTML ワークステーション HTML 画像管理画像管理システムシステム (PACS) (PACS) モダリティモダリティ RIS サーバ患者情報検査オーダ情報 DICOM 検査実施情報レポート情報 DICOM 画像情報 DICOM レポートサーバ画像情報 DICOM モダリティ画像サーバ DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 4

5 DICOM Version 3.0? DICOM を DICOM Version 3.0 や DICOM 3.0, DICOM 3 と表記する場合があるこれらの表記は DICOM の生い立ちに由来するものであるが DICOM Version 1.0 や Version 2.0 は存在しない DICOM Version 3.0 や DICOM 3.0, DICOM 3 と表記されていてもそれらは単に DICOM と表記されたものと同じである DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 5

6 DICOM の生い立ち (1/4( 1/4) 1980 年代 : 医用画像のディジタル化が進み他の機器との相互接続によりデータを共通かつ有効に利用したいという要望が高まる当時のアプローチ : 各施設毎メーカ毎に独自の方式でデータを交換するしかなかった DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 6

7 DICOM の生い立ち (2/4( 2/4) 独自方式における問題点 : 1 専用の開発が必要となりコストがかさむ 2 異なるメーカの機器間の接続が困難である 3 接続可能な機器が限定される ( 選択肢が制限される ) 4 システム拡張や機器のリプレースが容易にできない標準化が必要 DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 7

8 DICOM の生い立ち (3/4( 3/4) 1983 年 : ACR( 米国放射線学会 ) と NEMA( 米国電気機器工業会 ) が合同で ACR-NEMA 委員会を設立 1985 年 : ACR-NEMA 規格 - Version 1 を発表 1988 年 : ACR-NEMA 規格 - Version 2 を発表 ACR-NEMA 規格 Ver.1, Ver.2とも 1 対 1(Point Point-to- Point) の機器接続が対象 DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 8

9 DICOM の生い立ち (4/4( 4/4) 1990 年代 : 複数の機器接続によるネットワークの時代へ医用機器の扱うデータが多様化 ACR-NEMA 規格の大規模な変更 ACR-NEMA Version 3.0? とは呼ばず DICOM 1993 年 : DICOM が規格として正式に承認と命名現在は DICOM Standards Committee が規格制定およびメンテナンスを行なっている DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 9

10 DICOM の特徴 1 標準的なネットワーク環境 ( イーサネット等 ) に対応している 2 オブジェクト指向に基づいて情報が定義されている 3 Conformance Statement [ コンフォーマンスステートメント ] ( 適合性宣言書 ) によるサポート範囲の明確化が必要である 4 追加 / 拡張が継続的に行われている DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 10

11 DICOM 通信モデル Point-to to-point モデル DICOM Session/Transport/ Network Layer (STN) DICOM Data Link Layer DICOM Physical Layer (50-pin) Network モデル DICOM Upper Layer Security Layer (Optional) TCP/IP Transport Layer Standard Network Physical Layer (Ethernet, etc.) ACR-NEMA 規格と同様物理層 TCP/IP より上位層のみを規定から上位層まで全てを規定 ( 標準的なネットワーク環境に適合 ) Point-to-Point モデルは DICOM 規格からリタイア ( 削除 ) されているため現実のDICOM 通信モデルは Network モデルのみと考えて差し支えない DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 11

14 DICOM 基本用語 - その 1 Conformance Statement [ コンフォーマンスステートメント ] Service Class [ サービスクラス ] SCU [ エスシーユー ] SCU SCP [ エスシーピー ] SCP SOP [ エスオーピー ] または [ ソップ ] SOP DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 14

15 DICOM 基本用語 (1) Conformance Statement [ コンフォーマンスステートメント ] (DICOM 適合性宣言書 ) 装置の DICOM サポート範囲を明記したドキュメント通常 DICOM 対応機器の販売元から提供されるなぜ必要か? DICOM は非常に膨大な規格であり DICOM 対応機器と言っても DICOM で規程された機能の一部を実装しているに過ぎないということは DICOM 対応機器同士であってもサポート範囲が噛み合わなければ通信できないしたがってシステム導入の際には各々の機器のサポート範囲の確認が必要となるその際に参照されるのが Conformance Statement というドキュメントである Conformance Statement を自社のホームページ上で公開しているベンダも多い DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 15

Conformance Statement の公開 ( 例 ) DICOM 概論 Copyright 2006

17 Service Class [ サービスクラス ] DICOM 基本用語 (2) DICOM で提供されるサービスの種別 DICOM Service Class の例 Verification Basic Worklist Management Study Management Storage Storage Commitment Query/Retrieve Print Management 交信確認基本ワークリスト管理スタディ ( 検査 ) 管理データ保存データ保存委託データ問合せ / 検索 ( 取得 ) プリント出力管理 DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 17

18 SCU DICOM 基本用語 (3)(4) [ エスシーユー ] Service Class User [ サービスクラスユーザ ] の略 DICOMのサービスを利用する ( 要求する ) 側 ( 役割 ) の呼び方 SCP [ エスシーピー ] Service Class Provider [ サービスクラスプロバイダ ] の略 DICOMのサービスを提供する側 ( 役割 ) の呼び方例 : 画像を送りますので保存して下さい画像を受け取って保存します SCU Storage Service Class SCP DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 18

SOP DICOM 基本用語 (5) [ エスオーピー ] または [ ソップ ] Service Object Pair [ サービス

MR CT 画像を MR CT Image Object + サービスクラス : どうする?

Class MR CT 画像を送りますので保存して下さい MR CT 画像を画像を受け取って保存します SCU MR CT Image

19 SOP DICOM 基本用語 (5) [ エスオーピー ] または [ ソップ ] Service Object Pair [ サービスオブジェクトペア ] の略 DICOMのサービスとオブジェクトを組み合わせたもの例 : オブジェクト : 何を? MR CT 画像を MR CT Image Object + サービスクラス : どうする? 保存する Storage Service Class = つまり MR CT 画像を保存する MR CT Image Storage SOP Class MR CT 画像を送りますので保存して下さい MR CT 画像を画像を受け取って保存します SCU MR CT Image Storage SOP SOP Class SCP DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 19

20 DICOM 基本用語 - その 2 AE [ エーイー ] Abstract Syntax [ アブストラクトシンタックス ] Transfer Syntax [ トランスファーシンタックス ] Tag [ タグ ] Tag タグ ] Association Negotiation [ アソシエーションネゴシエーション ] DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 20

21 AE [ エーイー ] DICOM 基本用語 (6) Application Entity [ アプリケーションエンティティ ] の略 DICOM 通信を行うアプリケーションの実体その AE を識別するために付けられる名前を AE Title [ エーイータイトル ] という通信を開始する ( 呼びかける ) 側の AE を Calling AE と呼ぶ通信を受け入れる ( 呼ばれる ) 側の AE を Called AE と呼ぶ Calling AE お話 ( 通信 ) しませんか? Called AE DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 21

22 Abstract Syntax DICOM 基本用語 (7) [ アブストラクトシンタックス ] ( 抽象構文 ) DICOM では SOP Class に相当する Abstract Syntax = DICOM SOP Class の例 CT Image Storage SOP Class MR Image Storage SOP Class Ultrasound Image Storage SOP Class Image Storage SOP Class Modality Worklist Information Model FIND SOP Class CT 画像保存 SOP クラス MR 画像保存 SOP クラス超音波画像保存 SOP クラス画像保存 SOP クラスモダリティワークリスト情報取得 SOP クラス DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 22

23 Transfer Syntax DICOM 基本用語 (8) [ トランスファーシンタックス ] ( 転送構文 ) DICOMで通信するデータの符号化方法の定義データを送る際には相手がサポートする符号化方法を用いる必要がある Implicit VR Little Endian Explicit VR Little Endian Explicit VR Big Endian JPEG Lossless JPEG Lossy DICOM Transfer Syntax の例 :DICOM デフォルトの Transfer Syntax 暗黙的 VR リトルエンディアン ( 非圧縮 ) 明示的 VRリトルエンディアン ( 非圧縮 ) 明示的 VRビッグエンディアン ( 非圧縮 ) JPEG( 可逆圧縮 ) JPEG( 非可逆圧縮 ) DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 23

24 Tag [ タグ ] ( もともとは荷札の意味 ) DICOM 基本用語 (9) DICOM データエレメント ( データ要素 ) の属性を識別するためのもの 2 つの 16 進数 ( グループ番号とエレメント番号 ) の組合せで表現される全てのデータエレメントにはそれらを識別するためのタグが付けられる DICOM Tag の例 Tag ( タグ ) Attribute Name ( 属性名 ) ( 0010, 0010 ) Patient s Name ( 患者氏名 ) ( 0010, 0020 ) Patient ID ( 患者識別子 ) ( 0010, 0030 ) Patient s Birth Date ( 患者生年月日 ) グループ番号 (0010: 患者情報グループ ) エレメント番号 DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 24

25 御参考 : DICOM のデータ構造 DICOM データセット - データエレメントの並び ( タグの昇順 ) Data Element Data Element Data Element Data Element データエレメントの中身 Tag VR Value Length Value Field Transfer Syntax によって存在する場合 (Explicit) としない場合 (Implicit) があるデータ値の長さ ( バイト数 ) 注 ) 必ず偶数にするという決まりがある DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 25

26 VR (Value Representations)- 値表現 Data Element の Value Field に含まれる Value( 値 ) のタイプ ( 数値 / 文字列 / 日付 / 時刻 etc ) を表す VR の例 (DICOM 規格書第 5 巻より抜粋 ) DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 26

27 DICOM データダンプ ( 例 ) Tag Attribute Name VR Length Value (0008,0000) Group Length UL 4 "732 0x000002DC" (0008,0008) Image Type CS 22 "ORIGINAL PRIMARY AXIAL" (0008,0016) SOP Class UID UI 26 " " (0008,0018) SOP Instance UID UI 54 " " (0008,0020) Study Date DA 8 " " (0008,0022) Acquisition Date DA 8 " " (0008,0023) Content Date DA 8 " " (0008,0030) Study Time TM 10 " " (0008,0032) Acquisition Time TM 10 " " (0008,0033) Content Time TM 10 " " (0008,0050) Accession Number SH 8 "MOF5063 " (0008,0060) Modality CS 2 "CT" (0008,0070) Manufacturer LO 8 "TOSHIBA " (0008,0080) Institution Name LO 12 "TOSHIBA_MEC "... 注 ) 実際にはデータに含まれない注 )Transfer Syntax ( 転送構文 ) が Implicit VR ( 暗黙的 VR) の時にはデータに含まれない DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 27

28 DICOM 基本用語 (10) Association Negotiation [ アソシエーションネゴシエーション ] AE 同士が取り交わす DICOM 通信の最初のフェーズ要求するサービスの種別や符号化方法等に関する折衝を Association Negotiation ( アソシエーション折衝 ) 折衝の成立を Association Establishment ( アソシエーション確立 ) というこの折衝の成立により DICOM 通信路が確立され以降 AE 間でデータのやり取りが可能となる一連のデータ通信の最後には Association Release ( アソシエーション解放 ) により通信路を解放 ( 通信終了 ) する DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 28

29 DICOM 通信の流れ Association Negotiation アソシエーション折衝モダリティ Establishment( 確立 ) 画像サーバ AE DICOM Message/ Data Association Release アソシエーション解放 AE DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 29

30 Association Negotiation アソシエーション折衝モダリティ私はと申しますさんにのサービスをかの書式 ( 符号化 ) でお願いしたいのですがアソシエーション確立要求 Calling AE Title Called AE Title SOP Class Transfer Syntax 画像サーバアソシエーション確立応答 Requestor Called AE Title Calling AE Title SOP Class Transfer Syntax です了解しましたさんにのサービスを提供します書式はでお願いします Acceptor 交渉成立 = アソシエーション確立 DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 30

33 Basic Worklist Management 基本ワークリスト管理 Modality Worklist (MWL or MWM) モダリティ本日の CT ( ) の予約検査リストを下さい RIS SCU 本日予約されている CT 検査は 10 時 00 分田中利夫頭部 10 時 30 分鈴木一郎腹部 11 時 00 分佐藤みゆき胸部 SCP 種々の条件 (ex. 日付, 患者 ID, モダリティ種別など ) で検査リストの検索をかけることが可能 DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 33

34 Study Management スタディ ( 検査 ) 管理 Modality Performed Procedure Step(MPPS) モダリティ検査を開始します患者氏名 : 田中利夫撮影部位 : 頭部撮影開始時刻 :10 時 00 分了解! RIS SCU スキャン中検査が終了しました撮影終了時刻 :10 時 20 分撮影条件 : 了解! SCP DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 34

35 Storage - データ保存モダリティ画像 ( ) を送りますので保存して下さい画像サーバ SCU 画像 ( ) を受け取りました保存します SCP Storage Service の対象となるデータは画像に限らないレポートデータ波形データ等も Storage Service の対象オブジェクトとなる DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 35

36 Storage Commitment - データ保管委託モダリティ指定した画像を確実に保管してください ( ローカルディスクから削除したいのです ) 画像サーバ要求を受け付けました SCU 指定された画像を確かにお預かりしました ( 確実に保管します ) SCP よろしくお願いします DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 36

Query/Retrieve - データ問合せ / 検索 ( 取得 ) 画像ビューア / ワークステーション SCU 以下の条件で画像を検索して下さい患者 ID :P20050903A 検査 UID :1.2.3.456.789 シリーズUID :1.2.3.456.789.2 はい検索結果です画像 UID :1.2.3.456.789.2.1 画像 UID :1.

37 Query/Retrieve - データ問合せ / 検索 ( 取得 ) 画像ビューア / ワークステーション SCU 以下の条件で画像を検索して下さい患者 ID :P A 検査 UID : シリーズUID : はい検索結果です画像 UID : 画像 UID : ではこの画像を送って下さい画像 UID : 画像サーバ SCP はいお望みの画像を送ります DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 37

DICOM 情報モデル患者レベル Patient 検査レベル Study Study Study シリーズレベル Series Series Series インスタンスレベル --------- ---------

39 医用システムの構成例 ( 放射線部門 ) 病院情報病院情報システムシステム (HIS) (HIS) HIS 検査オーダ情報 PC 端末診療情報放射線部門放射線部門情報システム情報システム (RIS) (RIS) 患者情報検査オーダ情報 HL7 検査実施情報 RIS 端末 HTML ワークステーション HTML 画像管理画像管理システムシステム (PACS) (PACS) モダリティモダリティ RIS サーバ患者情報検査オーダ情報 DICOM 検査実施情報レポート情報 DICOM 画像情報 DICOM レポートサーバ画像情報 DICOM モダリティ画像サーバ DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 39

40 DICOM を具体的に当てはめると病院情報病院情報システムシステム (HIS) (HIS) HIS 検査オーダ情報 PC 端末放射線部門放射線部門情報システム情報システム (RIS) (RIS) モダリティモダリティ MWL 患者情報検査オーダ情報 RIS サーバ患者情報検査オーダ情報検査実施情報 MPPS 検査実施情報診療情報 RIS 端末画像情報 Storage (Image) Query/ Retrieve (Report) レポート情報レポートサーバワークステーション Storage (Report) 画像情報画像管理画像管理システムシステム (PACS) (PACS) Query/ Retrieve (Image) 画像保存委託モダリティ Storage 画像サーバ DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. Commitment All rights reserved. 40

Updater DICOM で規定されているメディア : FD, MO, CD-R, DVD-RAM/-R/-RW/+R/+RW, USB Memory, Compact Flash 等

41 Media Exchange 可搬電子媒体によるデータ交換モダリティ File Create ( ファイル生成 / 書込み ) Media File Read ( ファイル読込み ) FSR File Update ( ファイル更新 ) FSU FSC FSC: File Set Creator FSR: File Set Reader FSU: File Set Updater DICOM で規定されているメディア : FD, MO, CD-R, DVD-RAM/-R/-RW/+R/+RW, USB Memory, Compact Flash 等画像ビューア / ワークステーション DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 41

42 留意すべきこと残念ながら DICOM は万能ではない DICOM 対応機器同士であってもサポート範囲が異なれば通信 ( データ交換 ) できない ( サポート範囲の明確化が必要 ) - DICOM フルサポートの機器は存在しない DICOM はシステムの運用そのものを規定していない - 良く言えば柔軟悪く言えば曖昧 ( いわゆるケースバイケース ) - つながるだけでは運用できない - システムの運用仕様を明確にした上で DICOM をどう使うかが重要 - とは言え個々の装置に対する要求仕様を明確にすることは容易ではない 1 つの有用なアプローチ IHE DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 42

44 関連リンク (DICOM / IHE) DICOM NEMA Official DICOM Home Page DICOM Standard Status Page IHE IHE Home Page IHE-J のホームページ DICOM 概論 Copyright 2006 Toshiba Medical Systems Corporation. All rights reserved. 44

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